Полистирол сополимері

Полистиролдың  аз тоннажды  маркасы  және  стирол сополимерлерін  алуда  қолданылады. Стиролдың суспензиялық полимерленуі эмульсиялық полимерленуге ұқсас болып келеді. Бұл екі әдіспен алынған полимерлер бөлшектердің өлшемдерімен ерекшеленеді. Мономер бөлшектері эмульсиялық полимерленуге қарағанда суспензиялық полимерленуде елеулі үлкен болады. Инициаторлар ретінде мономерде еритін  және суда ерімейтін заттар қолданылады. Эмульгаторлар орнына крахмал, желатин, поливинилді спирт қолданылады. Бұл заттар суспензияны тұрақтандырғыштар деп аталады.

Тізбекті  әдіспен  салыстырғанда суспензиялық  әдістің  артықшылықтары мыналар болып табылады:

- жылуды  шығару жеңілдігі және полимерлеуді  анағұрлым төмен температурада жүргізу мүмкіндігі;

- өнімде   бос стиролдың құрамы  төмен болады;

- суспензиялық  әдіспен  полимер  және сополимерлердің  кең ассортиментін  алуға  болады;

Суспензиялық  әдістің  кемшіліктері:

• процесті  тек қана мерзімді  тәсілмен  жүргізуге  болады, өйткені суспензияның  тұрақтылығы  төмен  болады;
• процестің  көп сатылығы;
• ағынды  сулар көп түзіледі.

Стиролдың эмульсиялық  полимерленуін сулы  ортада  арнайы эмульгаторлар және суда еритін  инициаторлар  қатысында жүргізеді. Эмульгаторлар – бұл эмульсияны тұрақтандыратын беттік-активті заттар. Эмульгаторлар ретінде суда еритін май  қышқылдарының тұздары (сабын), карбон мен ароматты сульфоқышқылдарының тұздары және тағы басқа заттар қолданылады. Процестің температурасы тізбекті  полимерленуге қарағанда төмен болады, бұл молекулалық массасы  жоғары  полимердің алынуын  қамтамасыз етеді. Эмульсиялық  әдіспен  негізінен  АБС-сополимерлер  өндірісінде  қолданылады. Бұл әдіспен көбікті  полистирол  өндірісі  үшін  полистирол алынады. Эмульсиялық полистирол тізбектіге қарағанда жоғары молекулалық массаға және жоғары соққы тұтқырлығына ие болып келеді.

Бұл әдістің  кемшіліктері:

- полимер тазалануын  қиындататын эмульгаторларды  көп мөлшерде  қолданылуы;

-  полимердің  жоғары  дисперстілігі;

- диэлектрлік  көрсеткіштерін  нашарлататын түрлі  қоспалармен полимердің  ластануы;

-  ағызынды  суларды  тазалаудың  көп сатылы  процесі.

Тізбекті  және суспензиялық  әдіспен алынған полистиролдың  өзіндік бағасын салыстырғанда, ең жақсы техникалық-экономикалық  көрсеткіштерге  тізбекті  әдіспен алынған полистирол ие екенін  көреміз.

Әр түрлі  әдістермен синтезделген  полистиролдың  қасиеттері  төменде  келтірілген:

                                                    Тізбекті        Суспензиялық     Эмульсиялық

 

Тығыздық, г/см³                      1,05-1,08          1,05-1,08                 1,05-1,08

Ұзару кезіндегі беріктік

 шегі, кгс/см²                              350                   400-420                   500

Вик бойынша жылуға

тұрақтылығы, ⁰С                      100-105              105-108                   110

Электрлік беріктік, кв/мм           25                     20-22                     20-22

Қалдықты мономердің

құрамы                                      0,5-0,8                0,1-0,5                  0,15-0,2

 

Анағұрлым  таралған  полистиролды  пластиктерді  келесі  топтарға  біріктіруге  болады:

- полимерлер (гомополимерлер);

- стиролдың  сополимерлері:

а) екілік (акрилонитрилмен-СН және метилметакрилатпен);

б) үштік (акрилонитрилмен  және метилметакрилатпен-МСН);

- каучукпен блок-сополимерлері:

     а) соққыға   берік полистирол – каучук  пен стиролдың екілік сополимерлері;

     б) АБС  пластиктері – каучук  және  акрилонитрилмен стиролдың үштік сополимерлері.                         

Қалыпты  температурада  полистирол қатты  мөлдір  материал, шыныға  ұқсас  болып келеді, спектрдің  көрінетін бөлігінің сәулелерін 90% дейін өткізеді. Полистирол түссіз, оның дәмі  және иісі  болмайды, физиологиялық  жағынан зиянсыз  және  басқа  пластмассалармен  салыстырғанда  жеңіл болады.

      Полимердің  қатты  аморфты  күйі  80°С  дейін  сақталады. Осы температурадан  жоғары  болғанда  полимер эластикалық күйге өтеді,  жайлап  температураның  жоғарылауымен эластикалық деформация  өседі.

Шамамен 300°С  температурада  полистирол  бұзылады.  Полистиролдың  термиялық  деструкциясы  260°С  кезінде,  термототықтырғыш — 200°С  кезінде  басталады. Азот  атмосферасында  полимердің   деструкциясы  анағұрлым  жоғары  температуралар  кезінде  жүреді:  300°С  кезінде  полистирол  азотта  өте  жай  полимерсізденеді  және  375-400°С –та  полимерсіздену  жылдамдығы  ауада   200°С  температурада  полистирол  полимерсіздену  жылдамдығына  жақындай  бастайды. Полистиролдан  жасалған  бұйымдарды  қолданудың  анағұрлым  жұмыс  температурасы   70°С  аспау  керек. Жылу және жарыққа тұрақтылықты  жоғарылату  үшін  полистиролға  тұрақтандырғыш  қосады. Полистиролды  220°С  температураға  дейін   ысытқанда  деструкция   өнімдердің  негізгі  компоненті  стирол  пайда болады.

Полистирол   иондаушы  сәулеленуге  анағұрлым  тұрақты  полимерлердің  бірі  болып  табылады. 5800 Мфэр  дозасы  тек  қаттылық  модулін  кішкене  жоғарылатады, сонымен қатар  полимердің  мөлдірлігі  50%-ке   төмендейді.

Полистиролдың  кристалдануын  150°С  температура кезінде  полимерді  ұзақ  ысыту  арқылы  жеңілдетуге  болады. Кристалды  полистиролдың  негізгі  тізбегі  спираль  тәріздес  формада  болады.

Полистирол  майлардың,  спирттердің, судың, араласқан  және  концентрлі  тұздардың, галоген сутектік  қышқылдардың  және  сілтілердің  әсеріне  тұрақты болады. Ол стиролда, ароматты  және  хлорланған  көмірсутектерінде, күрделі   эфирлерде, кетондарда  жақсы ериді.  Тотықтырғыш  агенттердің, сутегінің асқын  тотығының, калий  перманганатының,  күкірт  және  азот  қышқылдарының, мұзды сірке және  сүт қышқылдарының әсерімен  бұзылады. Керосин және  жоғары  спирттер  полистиролдан жасалған  бұйымдардың  сынуына  әкеледі. 

Полистиролдың  артықшылығы —  суға  жоғары  тұрақты және  қышқылдардың  сулы  ерітіндісінің, сілтілердің  және  тұздардың әрекетіне тұрақты,  өте жақсы диэлектрлік қасиеттері, қанағаттанарлық механикалық қасиеттері, жеңіл боялуы  болып келеді. 

Полистиролдың  кемшіліктері — күн  сәулесінің  әсерінен  ескіруі, жеткіліксіз жылу тұрақтылығы, ұрылу  жүктердің  әсерінен  жоғары емес беріктілігі, органикалық  еріткіштер  әсеріне тұрақсыз. Оның  атмосфераға тұрақтылығы: ашық  ауада  ол  сары түске  айналады  және  сынады.

Полистирол  өте  жеңіл  қайта  өнделеді. Температура   145-155°С  кезінде  полистиролды  престеу, ал 180-220°С  кезінде қысым  астында  ағу  арқылы  бұйымдарға  қайта  өндеуге болады. Полистирол    жақсы оптикалық қасиеттерге  (түсі, мөлдірлігі, сыртқы   көрінісі) ие, ал жоғары  сыну  көрсеткіші (1,60)  оны   оптикалық бұйымдар жасауға қолдануға мүмкіндік береді.  Ол  жақсы   оқшаулағыш  және   диэлектрлік жоғалуының  факторы төмен болып келеді.

Полистирол  полярсыз  қосылыс  сияқты  ароматты  және  хлорланған  көмірсутектерде, күрделі  эфирлерде, кетондарда  және басқа  полярсыз  органикалық  қосылыстарда  жеңіл ериді. Ең  жақсы  еріткіштері тетрахлорэтан, изопропилбензол, хлороформ, ксилол, толуол, бензол, бутилацетат  болып келеді. Полистиролға  жағымсыз  әсер  ететіндер (бетінің нашарлануы) бензин, керосин, скипидар, жоғары спирттер, эфирлі майлар  болып  келеді, полистирол  оларда және төмен спирттерде, эфирде, фенолда, сірке қышқылында,суда ерімейді.

 

Кесте 1 – Полистиролдың және стирол сополимерлерінің  физика - механикалық қасиеттері

 

Қасиеттері	ПС	СН-20	САМ	МСН	ППС	СНП	УПС	АБС
Тығыздық 20°С кезінде,кг/м3	1050-1060	1040	1060-1070	-	60-250	1100-1150	1050-1070	1030-1060
Бұзылу кернеуі,МПа Ұзару кезінде Иілу кезінде    Қысу кезінде	35-40 55-70   80-100	49 100   65-75	26-30	- 90-100 -	2-7 -   0,3-3	30-44 60-100 -	27-56 55-60   -	35-60 50-97   46-80
Үзілу кезіндегі созылу,%	1,0-1,5	1,0-2,0	1,0	-	2-5	-	-	-
Ұрылу тұтқырлығы, кДж/м2	12-20	18	15-20	11-18	0,2-1,9	80-22	40-50	80-100
Су сіңіргіштігі,%	0,01	0,09	0,05	0,05	0,1-0,3	0,10-0,07	0,05-0,10	0,25
Вик бойынша жұмсару температурасы,°С	100-105	113	130	-	-	90-95	85-90	90-102
Мартенс бойынша жылу тұрақтылығы,°С	60-70	83-85	100-105	70-72	-	70-74	65	86-98
Диэлектрлік өткізгіштігі 106 Гц кезінде	2,5-2,6	2,8	2,5-2,9	2,9	1,1	4,1-3,0	2,6-2,8	2,4-5,0
Меншікті электрлік кедергісі     Беттік, Ом      Көлемдік,Ом	1016-1017 1014-1016	1016   1014	1016   1015	2*1014   4*1014	1013-1014 1012-1013	1013-6*1015 1012-2*1014	1015   5*1013	-   5*1013-1014
Электрлік беріктілігі, МВ/м	25-40	25	20-25	24	3-4	20-24	-	12-15

 

Полистиролдың  физика-механикалық қасиетіне оның  алу әдістері, молекулалық массасы, полидисперстілігі әсер  етеді. Құрамында төмен  молекулалы фракциялардың  көп  болуы  ұзаруға, ұрылуға, иілуге    беріктілігі  төмендейді; құрамындағы жоғары  молекулалық  фракциялардың болуы полистиролды  қайта өндеуді қиындатады. Полимерді  шынылану температурасынан  жоғары  температурада  ысыту  оның  барлық  беріктк  сипаттамалардың  төмендеуіне  әкеледі.

Шынылану  температурасына  дейін  полистирол  үшін үзілу  кезіндегі  ұзаруының аз көлемі тән; одан жоғары  температура кезінде полистирол  иілімді  болады, содан кейін жұмсақ  және  жабысқақ, жайлап  тұтқырлы  сұйықтыққа  айналады  (шамамен   185°С). Полистирол  қолдану  кезінде  максималды  жұмыс  температурасы  70-75°С   болып  келеді.

Полимерленудің  белгілі  бір  дәрежесіне    жеткен  кезде полистиролдың  жылуға тұрақтылығы молекулалық  массаға  байланысты болмайды, бірақ мономердің  құрамын жоғарылатқан  кезде ол өзгереді. Бұл  заңдылық  былай  түсіндіріледі: полимердің  жұмсару  температурасы  жалпы  тізбектің  қозғалтқыштығымен емес, макромолекулалардың  бөлек  буындардың қозғалтқыштығымен  байланысты болуы, сондықтан  буындар  арасындағы  байланыстың  сипатына  тәуелді.

Көптеген  пластиктер  сияқты  полистирол  сырғығыштыққа  – жүктің ұзақ  әсерінен  деформациялануға  қабілеттілігіне ие. Жүктің  әсерінен полистиролдың деформациясы уақытымен өседі, неғұрлым  материалда  кернеу  жоғары  болса, соғұрлым сырғығыштық үлкен болады. Тура сондай өзгерісті полимерді ысыту кезінде байқауға  болады.

Полистиролдан  жасалған бұйымдарда ішкі кернеулердің  болуы  оның  физика-механикалық  көрсеткіштерін  төмендетеді.

 Полистиролға  тән   кемшіліктерді  азайту  үшін  жылулық , химиялық, физика-механикалық қасиеттері жақсарған полистиролды  пластиктердің  жаңа  түрлерін  өндіру бойынша  жұмыстар  жүргізіліп  жатыр. Бірақ бірқатар  қасиеттерін жақсартқанда  басқа қасиеттердің  нашарлауына әкеледі.     

Гомополимер  стиролдың  әр түрлі модификация  әдістері қолданылады: синтетикалық  каучуктермен  қосу, басқа мономерлермен  сополимерленуі,  стирол туындылардың  полимерленуі.

Полистиролдың акрилонитрилбутадиенді каучукпен  қосылуы  кезінде   соққыға  беріктілік  қасиеттері  ғана  емес, сонымен қатар майларға  және  еріткіштерге  тұрақтылығы  жоғарылайды.

Мұндай  тізбекті сополимердің   (СНП)  физика-механикалық қасиеттері  сополимердегі акрилонитрил  құрамына  байланысты  болады, сонымен қатар  қоспада  сополимер мен каучуктің  қатынасына да  байланысты  болады.